为什么模板不能在外部“C”块内？

Question

这是an answer 到Is it possible to typedef a pointer-to-extern-“C”-function type within a template? 的后续问题

此代码无法使用g++、Visual C/C++ 和 Comeau C/C++ 编译，错误消息基本相同：

#include <cstdlib>

extern "C" {
    static int do_stuff(int) {
        return 3;
    }

    template <typename return_t_, typename arg1_t_>
    struct test {
        static void foo(return_t_ (*)(arg1_t_)) { }
    };
}

int main()
{
    test<int, int>::foo(&do_stuff);
    return EXIT_SUCCESS;
}

g++ 说“错误：带有 C 链接的模板”，Visual C/C++ 发出编译器错误C2894，Comeau C/C++ 说“错误：此声明可能没有外部“C”链接”。

事实是，所有人都很高兴：

#include <cstdlib>

extern "C" {
    static int do_stuff(int) {
        return 3;
    }

    struct test {
        static void foo(int (*)(int)) { }
    };
}

int main()
{
    test::foo(&do_stuff);
    return EXIT_SUCCESS;
}

C++ 标准第 7.5 节，链接规范指出：

类成员和成员函数的名称忽略 C 语言链接 类成员函数的类型。

它甚至给出了例子：

extern "C" {
    class X {
        void mf(); // the name of the function mf and the member
                // function's type have C++ language linkage
        void mf2(void(*)()); // the name of the function mf2 has C++ language
                // linkage; the parameter has type pointer to C function
    };
}

如果外部“C”块中允许使用模板，则实例化的成员函数将具有 C++ 链接。

那么，为什么 C++98 标准的第 14 章“模板”状态：

模板名称可能有链接 (3.5)。模板、模板显式特化 (14.7.3) 和类模板部分特化不应具有 C 链接。

模板“可能”有链接是什么意思？什么是模板链接？

当一个类没问题并且模板实例化的所有成员函数（默认构造函数、析构函数和赋值运算符重载）都具有 C++ 链接时，为什么明确禁止具有 C 链接的模板？

Answer 1

模板不是实际代码，它们只是编译器在知道模板参数后如何生成代码的指南。因此，在您尝试使用它们之前，它们实际上并不存在。您不能提供与不存在的东西的链接。

Answer 2

模板“可能”有链接是什么意思？什么是模板链接？

所有名称要么具有外部链接、内部链接，要么没有链接（C++03 §3.5p2），但这与语言链接不同。 （我知道这很令人困惑。C++0x 也通过链接改变了很多东西。）任何用作模板参数的东西都需要外部链接：

void f() {
  struct S {};
  vector<S> v;  // Not allowed as S has internal linkage.
}

请注意，C++98 在您引用 §14p4 的内容中有“可能”，但 C++03 删除了“可能”，因为模板不能在会给它们提供内部链接的上下文中声明：

void f() {
  // Not allowed:
  template<class T>
  struct S {};
}

Answer 3

因为extern C 禁用了模板使用的名称修改

要查看模板是通过名称修饰实现的，请编译和反编译：

#include <cassert>

template <class C>
C f(C i) { return i; }

int main() {
    f<int>(1);
    f<double>(1.5);
}

与：

g++ -c -g -std=c++98 main.cpp
objdump -Sr main.o

输出包含：

int main() {
   0:   55                      push   %rbp
   1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
   4:   48 83 ec 10             sub    $0x10,%rsp
    f<int>(1);
   8:   bf 01 00 00 00          mov    $0x1,%edi
   d:   e8 00 00 00 00          callq  12 <main+0x12>
            e: R_X86_64_PC32    _Z1fIiET_S0_-0x4
    f<double>(1.5);
  12:   48 b8 00 00 00 00 00    movabs $0x3ff8000000000000,%rax
  19:   00 f8 3f 
  1c:   48 89 45 f8             mov    %rax,-0x8(%rbp)
  20:   f2 0f 10 45 f8          movsd  -0x8(%rbp),%xmm0
  25:   e8 00 00 00 00          callq  2a <main+0x2a>
            26: R_X86_64_PC32   _Z1fIdET_S0_-0x4
}
  2a:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  2f:   c9                      leaveq 
  30:   c3                      retq

请注意所有callq 是如何被称为_Z1fIiET_S0_ 之类的奇怪名称的。

其他依赖名称修饰的功能也是如此，例如函数重载。

我已经在What is the effect of extern "C" in C++?写了一个更详细的答案

Answer 4

因为模板函数名称需要用附加信息进行修饰，而extern "C" 关闭了修饰。 extern "C" 的目的是能够声明可以通过 C 链接调用的函数，这显然不能与模板函数一起使用。

Answer 5

因为 C 中没有模板。